EFEKTIVITAS KITOSAN SEBAGAI PELAPIS (COATING) KOROSI PADA LOGAM Zn, Fe, Al DALAM MEDIA HCl DAN H 2 SO 4

Transkripsi

1 EduChemia Vol.2, No.2, Juli 2017 (Jurnal Kimia dan Pendidikan) EFEKTIVITAS KITOSAN SEBAGAI PELAPIS (COATING) KOROSI PADA LOGAM Zn, Fe, Al DALAM MEDIA HCl DAN H 2 SO 4 Maria Erna 1, Susilawati 1, Roza Linda 1, Herdini 1, Zaza Fikrati Auliyani 2 dan Eka Surya Dharma 2 1 Program Studi Pend. Kimia FKIP, Universitas Riau, Pekanbaru 2 Mahasiswa Prodi Pend. Kimia FKIP, Universitas Riau, Pekanbaru * mariaerna@lecturer.unri.ac.id **Emauil: susilawati@lecturer.unri.ac.id Diterima: 29 November Disetujui: 19 Juli Dipublikasikan: 30 Juli 2017 Abstract: The aim of this research of to study the effectiveness of chitosan as corrosion coating on Zn, Fe and Al metals in HCl and H 2 SO 4 media. The efficiency of corrosion inhibition was determined using weight loss Method. The effectiveness of corrosion inhibition optimum chitosan solution occurs on Fe metal in 2M HCl media with immersion time 3 days which is 70.83%. While the optimum effectiveness of corrosion inhibition in H 2 SO 4 media occurred on Al, reaching 57.57% with immersion time 2 days and the concentration of 2M H 2 SO 4. Results optical photograph show that the color changes Zn and Fe metal surface when coated with chitosan solution, except on metal Al does not change color. Inhibition efficiency of corrosion on the metal ion is affected by the ions mobility of the metal environment. Keywords: Corrosion Coating, Zn, Fe and Al metal, Chitosan, Efficiency Abstrak: Tujuan penelitian ini untuk mempelajari efektifitas kitosan sebagai pelapis (coating) korosi pada logam Zn, Fe dan Al dalam media HCl dan H 2 SO 4. Efisiensi inhibisi korosi ditentukan dengan menggunakan metode pengukuran berat hilang (Weight Loss Method). Efektifitas inhibisi korosi larutan kitosan optimum terjadi pada logam Fe dalam media HCl 2M dengan waktu perendaman 3 hari yaitu sebesar 70, 83%, sedangkan efektifitas inhibisi korosi optimum dalam media H 2 SO 4 terjadi pada logam Al yaitu mencapai 57,57% dengan waktu perendaman 2 hari dan konsentrasi H 2 SO 4 2M. Hasil foto optik memperlihatkan terjadi perubahan warna permukaan logam Zn dan Fe jika dilapisi dengan larutan kitosan, kecuali pada logam Al tidak terjadi perubahan warna. Efisiensi inhibisi korosi pada logam dipengaruhi oleh mobilitas ion dari lingkungan logam. Kata kunci: Lapisan korosi, Logam Zn, Fe dan Al, Kitosan, Efisiensi 119

2 120 EduChemia,Vol.2, No.2, Juli 2017 Erna, dkk. PENDAHULUAN Korosi merupakan terurainya logam dan campurannya akibat lingkungan secara elektrokimia. Secara Termodinamika korosi terjadi akibat perbedaan nilai potensial elektroda anoda dan katoda besar. Fenomena korosi pada logam sangat banyak kita temui dalam kehidupan sehari-hari yang sering diabaikan. Walaupun masalah korosi tidak dapat dihindarkan tetapi dapat dikontrol dan dicegah. Pencegahan korosi dapat dilakukan dengan metode pelapisan pada permukaan logam, proteksi anodik, proteksi katodik dan penggunakan inhibitor korosi. Zat pelapis organik (Organic coating) sering digunakan untuk mencegah korosi pada logam. Kinerja optimum dari lapisan penghalang akan didapat bila permukaan logam telah dipreparasi dengan baik. Pemilihan metode preparasi permukaan bergantung pada logam yang akan dilapisi, bentuk dan ukuran komponen logam, sistem pelapisan, dan kondisi lingkungan di mana komponen logam ditempatkan (Karim & Yusuf, 2012). Pada penelitian ini dipelajari efektifitas kitosan sebagai pelapis (coating) korosi pada Zn, Fe dan Al dalam media asam yaitu HCl dan H 2 SO 4. Kitosan merupakan senyawa organik turunan dari kitin yang merupakan penyusun kulit hewan-hewan krustasea, seperti udang, kerang, dan juga beberapa eksoskaleton dari serangga serta dinding sel dari beberapa jenis fungi. Untuk memperoleh kitosan dari kitin dilakukan deasetilasi basa parsial. Kitin merupakan polisakarida terbanyak kedua di dunia setelah selulosa, tidak larut dalam pelarut apapun. Hal ini yang mempersulit dalam proses dan aplikasinya, tetapi turunan deasetilasinya yaitu kitosan, dapat larut dalam suasana asam. Kitosan banyak dimanfaatkan dalam beragam industri dengan alasan limbah industri makanan laut begitu besar dan perlu untuk diolah menjadi sesuatu yang berguna. Kitosan muncul sebagai alternatif untuk sistem konvensional berupa pelapisan untuk mencegah degradasi bahan korosif. Hasil penelitian Erna, dkk (2009 dan 2011) memperlihatkan bahwa senyawa turunan kitosan dapat digunakan sebagai inhibitor korosi pada baja. Efektifitas kitosan sebagai pelapis korosi pada permukaan logam Zn, Fe dan Al dipelajari dengan menggunakan metode berat hilang (weight loss). Data yang diperoleh adalah laju dan efisensi inhibisi korosi. Hasil penelitian diharapkan dapat menghasilkan pelapis korosi pada logam yang tahan terhadap

3 Efektivitas Kitosan Sebagai Pelapis (Coating) Korosi 121 serangan asam kuat seperti HCl dan H 2 SO 4. aseton hingga terbentuk butiran-butiran putih (Fernandes, 2004). METODE Bahan yang digunakan adalah cangkang udang, H 2 SO 4, HCl, NaOH, etanol,asam asetat, lempengan logam Zn, Fe dan Al, kertas pasir karbit silikon 100,200, dan 400-grit dan aquadest. Sedangkan perlatan yang digunakan timbangan analitik, seperangkat alat refluk, oven, FT-IR dan peralatan gelas yang umum dipakai. Isolasi Kitin Dari Limbah Udang Limbah cangkang udang dibersihkan dengan cara dicuci, kemudian dikeringkan dalam oven selama 5 jam pada suhu C. Cangkang udang yang telah kering diblender hingga menjadi serbuk. 100 gr serbuk dimasukkan kedalam gelas piala dan ditambahkan 1 liter NaOH 1N, kemudian dipanaskan pada suhu 80 0 C selama 3 jam sambil diaduk. Campuran disaring dan dicuci serta dimasukkan kembali kedalam gelas piala, lalu ditambahkan 1 liter HCl 1N dan dibiarkan selama 12 jam pada suhu kamar. Perlakuan NaOH dan HCl diulang sebanyak dua kali, setelah itu kitin yang diperoleh direfluks dengan Perubahan Kitin Menjadi Kitosan Kitin sebanyak 20 gr ditambahkan 200 ml NaOH 47% dan dipanaskan pada suhu 110 o C selama empat jam, kemudian dilakukan penyaringan, pencucian dan pengeringan. Sampel siap dikarakterisasi menggunakan peralatan Fourier transform Infrared spectroscopy (FT-IR). Penentuan Efektifitas Kitosan Sebagai Pelapis Korosi Pada Logam Disiapkan lempengan logam Zn, Fe dan Al dan dipotong dengan ukuran 1 x 2 cm 2 dan dibersihkan permukaannya dengan kertas pasir karbit silikon 100, 200 dan 400-grit dan dibilas dengan air, aseton dan etanol. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 40 o C selama 15 menit dan ditimbang. Kemudian kitosan sebanyak 20 mg dilarutkan dalam 40 ml asam asetat 2% lalu dioleskan pada permukaan lempengan logam sampai kering. Disiapkan larutan HCl dengan konsentrasi 1 M dan dicelupkan lempengan logam yang sudah dioleskan larutan kitosan dengan variasi waktu (10, 20 dan 30 menit). Selanjutnya lempengan logam ditimbang kembali dan dihitung laju korosi menggunakan persamaan berikut:

4 122 EduChemia,Vol.2, No.2, Juli 2017 Erna, dkk. r 1, Laju korosi tanpa inhibitor (mdd) W S.t Keterangan: - W adalah berat baja yang hilang (mg), S adalah luas penampang baja yang terkorosi (dm 2 ), dan - t adalah waktu proses korosi (hari). Persamaan penentuan efektifitas kitosan (Baboian, 2005; Bardal, 2003) sebagai pelapis korosi pada logam digunakan metode berat hilang dengan persamaan dibawah ini: r1 r2 E(%) r 1 x100 Keterangan : E = Efisiensi inhibisi korosi, r 1 = Laju korosi logam tanpa inhibitor dan r 2 = Laju korosi logam dengan menggunakan inhibitor HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi kitin dari limbah cangkang udang dilakukan melalui 4 tahap yaitu deproteinasi, pencucian dan penyaringan, demineralisasi dan dekolorisasi. Kitin yang diperoleh kemudian dianalisis gugus fungsinya menggunakan peralatan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Gambar 1. menunjukkan spektrum FT-IR dari senyawa kitin yang diisolasi dari cangkang udang. Terlihat bahwa puncak-puncak gugus fungsi dari struktur kitin muncul dengan panjang gelombang sebagai berikut 3577 cm -1 yang menunjukakn adanya ikatan hidrogen dari gugus OH. Panjang gelombang 3152 cm -1 menunjukkan adanya gugus asetil (-NHCOCH 3 ) pada sampel. Menurut Fessenden (1999) vibrasi N H menimbulkan serapan di sebelah kiri absorpsi C H alifatik, yaitu pada cm -1 dan serapan pada panjang gelombang 3475 cm -1 menunjukkan vibrasi dari NH. Sedangkan panjang gelombang 1309 cm -1 menunjukkan adanya gugus CN pada sampel. Kitin yang telah dianalisis gugus fungsinya dirubah menjadi kitosan dengan cara deasetilasi. Kitosan kemudian dikarakterisasi menggunakan FT-IR. Hasil karakterisasi kitosan berdasarkan spectrum FT-IR dapat dilihat pada Gambar 2. Hasil analisis memperlihatkan bahwa pita lebar yang centernya pada 3450 cm -1 menunjukkan stretching axial dari ikatan O-H dan N-H, pita dekat 2860 cm -1 menunjukkan ikatan C-H, pita tengah pada 1650 dan 1590 cm - 1 menunjukkan vibrasi amida I dan amida II, selanjutnya pada 1420 dan 1380 cm -1 merupakan hasil dari coupling stretching C-H dan deformasi sudut N-H dan pita di range cm -1 menunjukkan tulang belakang polisakarida meliputi ikatan glikosida, stretching C-O dan C-O- C (Zheludkevich, et.al. 2011).

5 3227, , , , , , , , , , , , , , , , ,94 971,20 954, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,71 971,20 879,58 829,43 817,85 804,35 782,17 774,45 750,34 736,84 714,66 698,26 659,68 624,96 486,08 468,72 Efektivitas Kitosan Sebagai Pelapis (Coating) Korosi %T Kitin Zaza Pend Kimia /cm Gambar 1. Spektrum FT-IR Senyawa Kitin 110 %T KITOSAN ZAZA Pend. Kimia /cm Gambar 2. Spektrum FT-IR Senyawa Kitosan

6 124 EduChemia,Vol.2, No.2, Juli 2017 Erna, dkk. Hasil efektifitas kitosan pada logam Zn, Fe dan Al setelah dilarutkan dalam larutan asam asetat 2 % dan diujikan dalam larutan HCl dan H 2 SO 4 dengan variasi konsentrasi (2 dan 4 M) dan variasi waktu (1, 2 dan 3 hari) dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1. Efisiensi Inhibisi Coating Larutan Kitosan Pada Logam Zn, Fe dan Al dalam HCl. Konse ntrasi HCl (M) Waktu perenda man (Hari) Efisiensi Inhibisi Korosi, E (%) Zn Fe Al 19,24 13,38 7,77 4,54 4,6 4,38 26,61 31,70 70,83 24,79 53,23 47,96 58,74 30,99 25,04 8,97 6,0 10,83 Kitosan mempunyai potensi digunakan sebagai pelapis korosi pada permukaan logam, karena kaya akan gugus hidroksi dan amina. Gugus amina aktif dapat berinteraksi dengan ion logam membentuk khelat atau kompleks. Dalam larutan asam gugus amina bebas sangat cocok sebagai polikationik untuk mengkhelat logam. Dalam suasana asam gugus amina dari kitosan akan terprotonasi membentuk gugus amina kationik NH 3 + (Rumapea, 2009). Mekanisme reaksi yang terjadi yaitu situs aktif pada kitosan diperankan oleh atom N dari gugus amina (-NH 2 ) dan atom O dari gugus hidroksi (-OH). Kedua atom tersebut mempunyai elektron bebas yang dapat mengikat proton atau ion logam membentuk suatu kompleks. Antaraksi pasangan elektron bebas pada atom O lebih kuat daripada antaraksi pasangan elektron bebas pada atom N sehingga atom N cenderung mudah menyumbangkan pasangan elektron bebas daripada atom O. Pasangan elektron bebas dari atom N ini, selanjutnya akan berikatan dengan ion logam, seperti reaksi berikut: R-NH 2 + H + R-NH 3 (1) Reaksi diatas menunjukkan terjadinya protonasi dan deprotonasi gugus amino dalam kitosan. Saat kitosan ditambahkan dalam larutan ion logam kemungkinan akan terjadi reaksi seperti berikut : R-NH 2 + Fe 2+ R-NH 2 Fe 2+ (2) + R-NH 3 + Fe 2+ R - NH 2 Fe 2+ + H + (3) Dengan R adalah komponen selain gugus NH 2 dalam kitosan. Ketika reaksi (2) berlangsung, elektron bebas dari atom N berinteraksi dengan ion logam. Reaksi (3) mempunyai mekanisme yang sama dengan reaksi (2), meskipun gugus NH 2 kitosan sudah berubah menjadi bermuatan positif akibat menerima ion H + dari lingkungan. Interaksi antara ion logam dengan atom N pada reaksi (2) lebih kuat daripada ikatan antara ion H + dengan atom N pada

7 Efektivitas Kitosan Sebagai Pelapis (Coating) Korosi 125 reaksi (3) (protonasi gugus amino). Hal ini disebabkan kekuatan interaksi elektrostatik antara pasangan elektron bebas dari atom N dengan ion logam polivalen lebih kuat daripada interaksi elektrostatik antara pasangan elektron bebas dari atom N dengan proton monovalen (H + ) (Li dan Bai, 2002). Berdasarkan Tabel 1, terlihat efisiensi inhibisi coating larutan kitosan yang optimum terjadi pada logam Fe yaitu mencapai 70,83% dalam HCl 2M dengan waktu perendaman selama 3 hari. Hal ini terjadi karena pada deret volta, logam Fe adalah oksidator terkuat dibandingkan logam Zn dan Al. Akibatnya, logam Zn dan Al lebih mudah teroksidasi dibandingkan logam Fe. Hal ini juga mengakibatkan laju korosi pada logam Fe lebih lambat dibandingkan logam Zn dan Al sehingga nilai efisiensi logam Fe lebih besar. Tabel 2. Efisiensi inhibisi coating larutan kitosan pada logam Zn, Fe dan Al dalam H 2 SO 4 Konsentrasi H 2 SO 4 (M) Waktu perendaman (Hari) Efisiensi Inhibisi Korosi, E (%) Zn Fe Al ,5 1,61 0,41 Zn larut sebahagian Zn larut sebahagian Zn larut semua 20,95 17,14 16,46 32,96 26,24 41,44 24,46 57,57 28,83 39,71 42,12 41,93 Tabel 2 menunjukkan bahwa efisiensi inhibisi korosi optimum terjadi pada logam Al yaitu sebesar 57,57 % dalam media H 2 SO 4 2M selama 2 hari perendaman. Sedangkan untuk logam Zn lapisan kitosan tidak bekerja menghambat korosi pada H 2 SO 4 4M yaitu ditandai terjadi kelarutan logam Zn. Efisiensi inhibisi korosi pada logam Al optimum terjadi karena dipengaruhi 2- oleh mobilitas ion SO 4 dan kemampuan Al membentuk lapisan tipis. Nilai mobilitas ion Cl - sebesar 7,91 x 10-8 m 2 s - 1 V sedangkan nilai mobilitas ion SO 4 sebesar 8,29 x 10-8 m 2 s -1 V -1. Terlihat 2- bahwa mobilitas ion SO 4 lebih besar dari ion Cl -. Pergerakan atau mobilitas ion SO 2-4 lebih lambat dibandingkan ion Cl - sehingga korosi pada logam Al menjadi terhambat dengan adanya kitosan dan juga disebabkan adanya lapisan tipis pada logam Al itu sendiri. Aluminium maupun paduannya memiliki sifat tahan terhadap korosi karena

8 126 EduChemia,Vol.2, No.2, Juli 2017 Erna, dkk. terbentuknya lapisan tipis pasifasi yang bersifat protektif. Korosi aluminium membentuk lapisan Al 2 O 3, lapisan tersebut terbentuk secara spontan pada permukaan logam, karena logam mempunyai komposisi kimia yang tidak homogen (Siregar, 2013). Foto optik pengaruh penambahan kitosan sebagai pelapis korosi pada logam Fe, Zn, dan Al dalam media HCl dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4 serta dalam media H 2 SO 4 pada Gambar 5 dan 6. (a) (b) Gambar 3. Foto optik: (a). logam Zn, Fe dan Al dalam HCl 2M tanpa dan (b) dengan coating kitosan selama 3 hari (a) (b) Gambar 4. Foto optik (a) logam Zn, Fe dan Al dalam HCl 4M tanpa dan (b) dengan coating kitosan selama 3 hari

9 Efektivitas Kitosan Sebagai Pelapis (Coating) Korosi 127 (a) (b) Gambar 5. Foto optik: (a) logam Zn, Fe dan Al dalam media H 2 SO 4 2M tanpa dan (b) dengan coating kitosan selama 3 hari (a) (b) Gambar 6. Foto optik: (a) logam Zn, Fe dan Al dalam H 2 SO 4 4M tanpa dan (b) dengan coating kitosan selama 3 hari Terlihat Perubahan warna pada permukaan logam Zn dan Fe setelah dilapisi dengan larutan kitosan dalam media HCl yaitu dari warna hitam menjadi coklat. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan kitosan efektif menghambat terjadinya korosi pada logam Zn dan Fe. Tapi khusus pada logam Al tidak terjadi perubahan warna karena Al mempunyai kemampuan membentuk lapisan oksida pada permukaannnya. Sementara itu, logam Zn dalam media H 2 SO 4 2M akan larut sempurna tetapi jika dilapisi dengan larutan kitosan Zn menjadi larut sebagian. Hal ini menunjukkan larutan korosi bekerja dalam menghambat terjadinya korosi pada logam Zn, Fe dan Al.

10 128 EduChemia,Vol.2, No.2, Juli 2017 Erna, dkk. KESIMPULAN Efektifitas inhibisi korosi larutan kitosan optimum terjadi pada logam Fe dalam media HCl 2M dengan waktu perendaman 3 hari yaitu sebesar 70, 83%. Sedangkan efektifitas inhibisi korosi optimum dalam media H 2 SO 4 terjadi pada logam Al yaitu mencapai 57,57% dengan waktu perendaman 2 hari dan konsentrasi H 2 SO 4 2M. Hasil foto optik memperlihatkan terjadi perubahan warna permukaan logam Zn dan Fe jika dilapisi dengan larutan kitosan, kecuali pada logam Al tidak terjadi perubahan warna pada permukaannya karena Al mempunyai kemampuan membentuk lapisan oksida secara spontan. Efisiensi inhibisi korosi pada logam dipengaruhi oleh mobilitas ion dari lingkungan logam. Kitosan berpotensi digunakan sebagai pelapis korosi pada logam Zn, Fe dan Al karena gugus amina aktif kitosan dapat berinteraksi dengan ion logam membentuk khelat atau senyawa kompleks. DAFTAR RUJUKAN Baboian, R Corrosion Tests and Standards: Application and Interpretation. Second edition. ASTM International. West Conshohocken. Pp.886 Bardal, E Corrosion and Protection. Spinger. Pp.309 Fessenden dan Fessenden Kimia Organik Jilid 2. Erlangga. Jakarta. Erna, M., Emriadi.,Alif, A dan Arief, S, 2011, Karboksimetil kitosan sebagai inhibitor korosi pada baja lunak dalam media air gambut, JMS, 16(2), Erna,M., Emriadi.,Alif, A dan Arief, S, 2009, Sintesis dan Aplikasi Karboksimetil Kitosan sebagai Inhibitor Korosi pada Baja karbon dalam Air, J. Natur.Ind., 12(1), Fernandes, S.O Physicochemical and Functional Properties of Crawfish Chitosan as Affected by Different Processing Protocols. Thesis. The departement of Food Science. Seoul National University Karim,A.A dan Yusuf, Z.A Analisa Pengaruh Penambahan Inihibitor Kalsium Karbonat dan Tapioka Terhadap Tingkat Laju Korosi Pada Pelat Baja Tangki Ballast Air Laut. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan. 10(2): 206. Jurusan Teknik Perkapalan FT Universitas Hasanuddin. Makassar.

11 Efektivitas Kitosan Sebagai Pelapis (Coating) Korosi 129 Li, J dan Bai, R Mechanisms of Lead Adsorption on Chitosa/PVA Hydrogel Beads. Langmuir 18(25): Rumapea, N Penggunaan Kitosan Dan Polyaluminium Chloride (PAC) Untuk Menurunkan Kadar Logam Besi (Fe) Dan Seng (Zn) Dalam Air Gambut. Siregar, T Studi laju korosi dan mekanisme inhibisi aluminum murni menggunakan natrium sitrat. Jurnal Kimia 7 (1): Universitas Cendrawasih. Jayapura. Zheludkevich, M.I., Tedim, J., Freire, C.S.R and Fernandes, S.C.M Self-Healing Protective Coating with Green Chitosan Based Pre-Layer Reservoir of Corrosion Inhibitor. J. Mater. Chem